大型管筒类工件三维测量解决方案-API激光跟踪仪应用纪实案例

 大型管筒类工件特征及检测需求

大型管筒类工件，常用于石油化工机械、港口机械、矿山机械、能源设施等等领域，其特点在于工件本身体积大、重量大，且由于其在整套设备设施系统中，往往处于衔接、传动、或承载等关键位置，所以对于这些管筒类工件的制造标准要求极高，因为其制造精度和质量控制至关重要，直接关系到整套系统运转的性能、安全、与效率。对于大型管筒类工件的检测公差要求，往往不低于0.1mm；在铰点或一些关键位置，往往要求达到0.05mm。  

传统检测手段及不足

传统的检测方式，是使用大型三坐标测量机对这些大型工件进行三维检测。然而，大型三坐标测量机虽然可以满足检测精度需求，但是由于其需要配备专门的三坐标测量室，需要将部件逐一运送至测量室进行测量，且三坐标测量机检测对于环境要求较高，待测部件通常需要在测量机平台上静置一段时间，与环境温度接近时，再实施检测。显然，这样的检测方式，较难满足高端制造产业日益增长的对于生产效率的需求。  

 图1：API品牌Radian及iLT激光跟踪仪

API激光跟踪仪的应用

激光跟踪仪，作为大尺寸精密三维测量的代表性仪器，已经广泛应用于全球各高端制造产业的研发、设计、生产、质检等各个环节。针对大型管筒类工件的三维检测领域，其可充分满足在该领域中对于工件各孔位置度的检测确认、同轴度的检测分析与调整指导、端面平面度、平行度等的快速检测评估为代表的各项形位公差的（GD&T）检测分析。  

Radian系列激光跟踪仪，是API品牌的代表性产品。其性能强大，对于大尺寸精密测量有着非常多的优势，具有微米级别（μm，1/1000mm）的测量精度、超过160m的测量范围、以及1000Hz（1000点/秒）的数据采集速率；其中Pro型号还集成有可溯源的IFM干涉激光、Plus和Core型号可实现完全无线测量操作，由此可在多种测量环境与要求下，满足大型工件的高精度三维检测。  此外，还有体积更小、更方便集成和外出携带作业的iLT激光跟踪仪，在保障高测量精度和高测量效率的同时，将体积和重量进一步缩减50%（较API的Radian系列），为不同的测量环境和测量需求提供更加全面的解决方案。  

案例现场

本案例中，需要对某型号石油装备设施的大型管筒工件实施三维精准测量。主要项目涉及：  

 ① 两端面平面度以及平行度的测量检测；   

② 两端面圆柱直径偏差以及以圆柱轴心点连线为基准的两圆柱同轴度评估；   

③ 各个侧面法兰端面平行度、圆柱轴直径、同轴度、平面度；   

④ 各个圆柱轴之间的角度关系；   ⑤ 根据需求设定的其它检测评估。  

图2：本案例测量现场  

作业实施

本案例现场使用的是Radian Plus型号的激光跟踪仪。测量工程师将激光跟踪仪首先布设于待测管筒工件的周边合适的位置，即可根据需求开始测量：  

1）对两端面平面度以及平行度实施检测时，测量工程师使用SMR高精度靶球配合Radian激光跟踪仪，分别在两个端面的待测位置进行触碰和短暂停留，该位置的空间坐标数据随即被Radian激光跟踪仪捕捉测量并记录在位于笔记本电脑端的测量软件中，待所有待测点位数据采集完毕，即可在测量软件中，使用相应群组的点云数据分别构建两个端面，随即软件可根据需求和选择，自动分析出两个端面的平面度以及相互之间的平行度关系。  

图3：端面平面度及平行度数据分析与报告   

2）对工件两端面圆柱直径偏差以及以圆柱轴心点连线为基准的两圆柱同轴度评估时，同①项所述，使用靶球与跟踪仪配合采集圆柱侧壁上点的空间坐标数据，随即在软件中自动拟合圆柱，计算并标记出轴线位置，就可以对两圆柱轴线间的相互关系实施比对和分析并自动出具报告。  

图4：端面圆柱同轴度数据分析与报告   

3）   上述③至⑤ 项亦如上述测量方法实施操作，即可在软件中使用相应点云数据，进行图形构建和关系分析。  

图5：各法兰间形位公差数据分析与报告

小结

API品牌Radian及iLT系列激光跟踪仪，以其精度高、量程大、便携易操作等优势特点，已经成为大型装备设施在生产及检修过程中三维测量环节集高精度与高效率于一体的理想解决方案，可完全满足针对大型管筒类工件在生产与检修中对于三维检测的各项需求。  

图6：9D激光雷达高温铸件非接触三维测量作业现场

大尺寸非接触三维测量解决方案

此外，API品牌的9D激光雷达（9D LADAR）产品，可在微米级别高测量精度的基础上，实现无需合作靶标的非接触测量，基于OFCI核心测量科技的加持，激光触及位置的空间坐标数据可被实时反馈至测量软件记录，数据采集速率高达20KHz，瞬间实现点云数据的采集，非常适用于诸如对高温铸件的三维测量，高处、危险地带等人员不易或不宜到达位置的三维测量检测，精准、快速、高效。  

关于API

API品牌由Kam Lau博士在1987年创立于美国马里兰州的罗克韦尔，是激光跟踪仪的发明者，同时持有多项全球领先测量科技的专利，是精密测量科技领域的引领者；API自成立以来，始终致力于机械制造领域精密测量仪器和高性能传感器的研发和生产，产品已广泛应用于世界各国的先进制造领域，并在坐标测量和机床性能测试的高精度标准方面处于领先地位。  

图7：API公司总部大楼

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（API公司）

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